2.5 Измерение электрической мощности и энергии.

Способы измерения мощности в цепях постоянного и переменного тока.

Приступая к изучению вопроса измерений электрической мощности, следует повторить принцип работы приборов электродинамической и ферродинамической систем и доказать что угол отклонения подвижной части ваттметром этих систем прямо пропорционален измеряемой мощности.

Измерение мощности производится следующими методами:

1. Измерение мощности методом одного прибора.

2. Измерение мощности методом трех приборов.

Первый метод применяется при измерении мощности в однофазных цепях и симметричных трехфазных цепях. И в том и в другом случае обмотка напряжения ваттметра включается на фазное напряжение, а обмотка тока включается в рассечку провода какой-либо из фаз.

Метод трех ваттметров применяется для измерения мощности в трехфазных четырехпроходных сетях. Этот метод дает правильные результаты независимо от схемы соединения и характера нагрузки как при симметрии, так и при асимметрии токов и напряжений.

При косвенном измерении мощности используют метод амперметра и вольтметра.

 В этом случае приборы включаются по двум схемам (рис.1).

Метод прост, надежен, экономичен, но обладает рядом существенных недостатков: необходимостью снимать показания по двум

Рис. .1. Схемы измерения мощности по показаниям вольтметра и амперметра при малых (а) и больших (б) сопротивлениях нагрузки

приборам; необходимостью производить вычисления; невысокой точностью за счет суммирования погрешности приборов.

Мощность Р_х, вычисленная по показаниям приборов (рис. 1а), имеет вид

Она больше действительного значения мощности, расходуемой в нагрузке Р_н, на значение мощности потребления вольтметра Р_v, т. е. Р_н = Р_х – Р_v.

Погрешность определения мощности в нагрузке тем меньше, чем больше входное сопротивление вольтметра и меньше сопротивление нагрузки.

Мощность Р_х, вычисленная по показаниям приборов (рис 1., б), имеем вид

Она больше действительного значения мощности потребления нагрузки на значение мощности потребления амперметром Р_А. Методическая погрешность тем меньше, чем меньше входное сопротивление амперметра и больше сопротивление нагрузки.

Мощность в электрических цепях постоянного и однофазного переменного тока, измеряют в основном ваттметрами электродинамической системы. На рис. 4.4 приведены схемы включения ваттметра для измерения мощности, потребляемой сопротивлением нагрузки R_НАГ в цепях постоянного и однофазного переменного тока.

В цепях напряжения включено добавочное сопротивление R_Д. Начало токовой обмотки напряжения, так же как и в последующих схемах, показано, соответственно, левой и верхней точками на обмотках ваттметра W; перемена полярности одной из обмоток приведет к отклонению стрелки ваттметра в обратную сторону. Если включить ваттметр в цепь постоянного тока (рис. 4.4, схема а), то он учтёт потребляемую электроприемниками мощность и потери в токовой обмотке ваттметра. Мощность Ропределяют по формуле

P=IU'=I(U+IRт)=IU+I²RT=Pпp+Pт,

где I и U - соответственно, ток  и напряжение на нагрузке; U’ - напряжение питания; Rт - сопротивление токовой обмотки ваттметра; Рпр и Рт - соответственно, потребляемая приемниками мощность и потери мощности в токовой обмотке.

Вопросы для самоконтроля

1. Приведите схемы включения ваттметра в трехфазную трехпроводную цепь при симметричной нагрузке.

2. Докажите что с помощью ваттметров можно измерить реактивную мощность в трехфазной цепи.

3. Докажите что угол отклонения подвижной части прибора электродинамической системы прямо пропорционален активной мощности.

Измерение электрической энергии. Схемы включения счетчиков.

При изучении вопроса об измерении энергии нужно ознакомиться с устройством и принципом работы счетчиков электрической энергии индукционной системы. Обратите внимание на конструкцию счетчика. Выясните какие магнитные потоки пронизывают диск, какие токи возникают в диске, как образуется вращающий и противодействующий моменты.

Особое внимание обратите на рассмотрение схем включения трехфазных счетчиков активной и реактивной энергии.

Измерение и учет потребленной электрической энергии осуществляется электрическими счетчиками. Счетчики подраз­деляются на однофазные и трехфазные. Последние делятся на счетчики активной и реактивной энергии.

Для измерения и учета количества электроэнергии в одно­фазных сетях напряжением 220 В применяются однофазные счетчики типов СО-И446, СО-5У и др., в трехфазных трехпроводных и четырехпроводных сетях используются счетчики серий САЗ и СА4, а также счетчики реактивной энергии серии СР.

Счетчики имеют измерительные токовые обмотки ОТ и обмотки напряжения ОН. Токовые обмотки однофазных счетчиков включаются в рассечку цепи непосредственно. То­ковые обмотки трехфазных счетчиков в зависимости от но­минального тока могут включаться в цепь непосредственно, либо через трансформаторы тока. Схемы включения счетчиков представлены на рисунке.

 

Схема включения однофазного счетчика типа СО

Схема включения трехфазного счетчика активной энергии типа САЗ

в трехпроводной цепи

Вопросы для самоконтроля

1. Какова конструкция и принцип действия приборов индукционной системы?

2. В чем состоит явление самохода счетчика и как оно устраняется?

3. Начертите схемы включения счетчиков для измерения активной энергии в цепях трехфазного тока.

Лабораторная работа №9

Изучение техники измерения мощности ваттметром.

Изучить методы измерения активной мощности ваттметром.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какой измерительный механизм у ваттметров измеряющих мощность в цепях постоянного тока?

2. Приведите и поясните схему измерения активной мощности ваттметром включенным через измерительные трансформаторы.